基于C#的高炉热风系统表温测量软件的开发与应用

杨沼镇 侯全师 王澴奇 王毅

关键词：C#;红外测温;软件开发

1引言

C#是一种精确、简单、安全、面向对象的编程语言，同时是开发Windows桌面应用时被广泛使用的语言。将其应用在高炉热风系统的红外测温领域中，不仅能够利用其强大的开发平台直接调用成熟的控件，在设计人机界面时更加友好和快捷，还能提升应用软件的语言简洁性、安全性、可靠性。

2软件设计

基于C#的高炉热风系统表温监测软件在开发时应合理设计整体架构及各个功能模块，切实整合多个测温探头的温度数据，完善各硬件的控制逻辑，优化软件数据处理时的响应速度，保证各个环节高质量的良好运转，使该监测系统更加智能化和现代化。

软件的构成包含数据采集、数据存储、数据分析以及控制单元、报警单元、历史查询等6个部分。软件结构如图1所示。

数据采集阶段是将热成像及温度数据通过以太网传输至工控机，利用厂家提供的SDK（软件开发包）定义好的通信接口，将数据进一步采集到内存，为后续的数据处理和图像显示做准备。

数据分析阶段则需实现两个功能：（1）实时比较当前温度与报警阈值温度，判断是否超温;（2）分析温度变化趋势，判断是否存在短期内温度飙升的异常状况。

数据存储阶段是将所有实时温度数据、图像数据、温度变化率等过程数据存人数据库。

报警单元是当发生超温或升温速率过快时，软件界面给出相应提示，及时引起主控室操作人员的注意，提醒其联系维护人员去现场排查和确认异常状况。

历史查询功能是每个成熟的监测类软件不可或缺的一环，所显示的任何数据及曲线皆从数据库中调取。

控制单元的控制对象主要有两个：一是云台控制器，将红外测温仪安装在活动云台上，控制其旋转角度即可改变监控范围：二是伺服电机，主要用来驱动活动式导轨上的云台，优点是通过移动云台自身的位置极大地扩充了监测范围。控制逻辑是让每个云台先按预设定的角度和轨道位置自动扫描一遍，扫描完成后，若发现温度异常，则自动返回发现异常时的角度或位置进行持续跟踪监视，并在界面提示报警：若无异常，则返回温度最高区域对应的云台角度进行重点监测。

3软件开发

SDK（软件开发包）一般由设备厂家提供，目的是协助软件人员进行二次开发，内含基本的采集方式和规范，以及一些可供程序调用的动态链接库。不同设备厂家的SDK不一样。本文以某进口红外测温仪为例，该设备具备面测温功能，即图像视野内的每一个像素点的温度都可采集到，并通过以太网传输至工控机。再根据SDK将数据采集至内存，做进一步分析，最后将数据存储到数据库中。

3.1数据库技术

使用数据库可以高效且条理分明地存储数据，它使人们能够更加迅速和方便地管理数据，主要体现在：（1）数据库可以结构化存储大量的数据信息，方便进行有效的检索和访问;（2）数据库可以有效地保持数据信息的一致性、完整性以及降低数据冗余;（3）数据库可以满足应用的共享和安全方面的要求，把数据存放在数据库中在很多情况下也是出于安全的考虑。

在开发软件时，通常会对需要存储数据的量级进行大致评估，便于选取合适的数据库进行开发。结合本系统的实际情况，選择利用SQL Server数据库来进行相关数据的存储和查询。

数据库选型之后，应合理设计数据库表，根据高炉热风表温监测系统的特点以及对温度数据实时性的需求，科学设计各类数据库表，主要包括：（1）初始化表，记录了人机界面中各参数的设定值，如超温报警值、升温速率报警值。同时，记录了各云台的当前预置位，伺服电机的当前米数，方便在重启计算机或软件时重新加载数据，确保测温仪当前的位置和角度不丢失，保障测量的准确性;（2）测温数据汇总表，包含温度值、时间、测量对象、测温仪编号等字段。将每一个温度值背后的对应关系记录下来，包含何时测量、由几号测温仪以何种角度所测、测量区域具体位置等信息;（3）报警表，含有报警时间、报警类型、报警对象、报警数值等字段。

3.2多线程技术

由于该软件须从多个测温仪采集视频及温度信号，为了合理地利用工控机硬件资源，同时兼顾软件的运行速度，因而在开发过程中，尤其进行数据处理时，将多线程技术作为有效的利用手段。

多线程技术是指程序中包含多个执行流，即在一个程序中可以同时运行多个不同的线程来执行不同的任务，也就是说允许单个程序创建多个并行执行的线程来完成各自的任务。它有三个优点：（1）使程序的响应速度更快，因为用户界面可以在进行其他工作的同时一直处于活动状态，避免因为线程阻塞而导致人机界面出现“假死”状态;（2）占用大量处理时间的任务使用多线程可以提高CPU利用率，即占用大量处理时间的任务可以定期将处理器时间分配给其他任务;（3）多线程可以分别设置优先级，以优化性能。

结合本软件的实际情况，按测温仪数量划分，给每个数据源单独分配一个线程，在各自线程中完成数据采集、分析及存储的整个过程。

4应用实例

4.1项目概况

以迁钢3#高炉热风系统红外监测项目为例，主要监测对象为四个一字排开的热风炉以及L型热风总管。为此，设计了10个可监测位置，支持5个红外测温仪同时在线监测。为了使监测范围尽可能多的覆盖热风炉炉体，在热风炉两侧设计并安装了长约60m且与热风炉排列方向平行的滑动轨道，用来移动云台与测温仪。对L型热风总管的监测是在3个端点处采用固定式安装的方式，通过云台调整监测角度。滑动轨道如图2所示。

4.2信号传递

每个监测位置均安装配电集线箱，通过光纤网络将温度及图像信号，途经工业交换机，传送至主控室的工控机。另外，软件下发的控制信号，如云台角度调整及滑轨上的伺服电机转动控制，亦通过此网络从工控机端传输至配电集线箱内，再通过光电转换模块，将信号传送至云台及伺服电机控制器。系统构成如图3所示。

4.3软件应用

运行“热风系统红外监测软件.exe”，显示软件运行主画面后，点击“一键启动”按钮，程序开始采集数据，并在界面上显示实时的红外图像及温度值。主界面如图4所示。

红外图像在黑白色调模式下越明亮表示温度越高，另可设阈值T，当温度超过T时，图像像素变为红色，便于查看图像中的高温区域大致面积。超温区域如图5所示。

为了验证报警功能，将报警阈值S适当降低为250°，软件能快速捕捉到报警事件并弹出报警界面，提醒相关人员进行确认。报警界面如图6所示。

从历史曲线图可以看出，热风炉表面温度变化呈周期性规律，这跟热风炉交替处于燃烧和送风两种模式相关，实践证明，炉皮温度与炉内风温的变化趋势一致。历史曲线图如图7所示。

5结束语

结果表明，基于C#的热风系统红外监测软件运行流畅，能迅速捕获高温异常点，能便捷从数据库中读取数据并展示历史曲线，减少了操作人员的工作量，对热风系统的安全性提供了一层保障。